环境友好型酞菁脱硫催化剂的研制

本项目针对目前工业上脱硫催化反应过程中存在的工艺复杂、副产物多、脱硫效率低、污染较大等问题，拟采用实验室合成与工业模拟相结合的方法，对现今的酞菁脱硫催化剂进行深入剖析，选择具有潜在催化性能的分子碎片，采用无毒溶剂或微波固相合成法选择性的制备酞菁及其衍生物，进而制备液体或固载化酞菁脱硫催化剂，并对其催化活性进行评价。将活性评价与理论模拟计算结合起来，研究酞菁脱硫催化剂催化过程的动力学信息，用酞菁配合物的结构和脱硫催化活性之间的关系验证酞菁配合物"双活性点模型"理论及其适用范围，完善酞菁脱硫催化反应机理；然后以催化机理为指导线索，筛选出催化性能良好的环境友好型酞菁脱硫催化剂，为生产具有工业应用价值、满足多种脱硫工艺及技术指标的酞菁脱硫催化剂提供理论和实验依据。

本课题采用改进的固相熔融法、微波法以及溶剂合成法等方法制备得到酞菁配合物54种，对所得到的酞菁配合物进行了元素分析、红外光谱和紫外光谱等表征。采用水热法，通过改变反应温度、摩尔比以及反应时间等条件将酞菁配合物键合在氧化物和分子筛表面，形成固载型脱硫催化剂60余种，用IR、XRD、SEM、XPS、N2吸附-脱附以及荧光光谱等方法对所制备的催化剂进行了表征。在光照射等条件下利用制备的催化剂催化氧化模拟燃油中的硫醇、噻吩、苯并噻吩以及二苯并噻吩等含硫化合物，探讨材料结构和催化性能的关系，总结催化氧化脱硫反应的特点和规律，为酞菁配合物脱硫催化剂的应用与实践提供有益的借鉴和启示。催化氧化脱硫得到如下结论：（1）采用溶胶凝胶水热法合成染料敏化二氧化钛光催化脱硫剂。MPc-TiO2复合物和MPcTc-TiO2复合物在紫外光和可见光照射下催化氧化降解模拟燃油中噻吩的实验结果表明，所制备的催化剂在鼓空气的条件下三小时后对噻吩的转化率可达到90%以上。（2）MCM-41系列分子筛负载稀土金属脱硫催化剂的制备与性能研究。通过Ln-MCM-41系列催化剂对模拟燃油中有机硫化合物的催化氧化实验研究了催化剂的氧化脱硫性能：Ce-MCM-41分子筛的催化氧化性能最好，对噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩的转化率分别为99.97%、59.73%和60.51%。（3）MCM-41负载金属酞菁脱硫催化剂的制备及性能研究。通过MCM-41分子筛负载不同取代基金属酞菁系列催化剂催化氧化降解模拟燃油中硫醇的实验研究了催化剂的脱硫性能。双核六羧基酞菁键合MCM-41(MCM-41-NH-BNHCPcM)的催化性能是最好的，其去除率可以达到92.74%，四羧基酞菁键合MCM-41(MCM-41-NH-TCPcM)的催化性能居中，为90.15%，2-羧基酞菁键合MCM-41(MCM-41-NH-CPcM)的催化性能最差，84.40%。（4）稀土金属氧化物负载金属酞菁脱硫催化剂的制备及性能研究。合成了钙钛矿型氧化物，700 ℃下煅烧所得的氧化物有着良好的形貌结构。进行了La0.8Ce0.2NiO3负载不同系列酞菁配合物的脱硫测试，CoPTpz/氧化物脱硫降解率为70.44 %，加入该催化剂后脱硫率提升了2.5倍。